Šlechtění rostlin Šlechtění jednotlivých kulturních plodin

Šlechtění rostlin 9. 11. 2015

Šlechtění jednotlivých kulturních plodin

Typy květů a rostlin 1) Podle pohlaví jednotlivých květů - Oboupohlavný květ (ve stejném květu jsou samčí i samičí pohlavní orgány) - Jednopohlavný květ (samčí a samičí pohlavní orgány jsou samostatně v oddělených květech – pestíkový květ a tyčinkový květ) 2) Podle pohlaví rostlin - Jednodomé rostliny (samčí a samičí květy jsou na jedné rostlině) kukuřice - Dvoudomé rostliny (samčí a samičí květy jsou odděleně na různých rostlinách) - vrba 3) Podle způsobu opylení - Samosprašné (blizna opylena pylem stejného květu) - Cizosprašné (blizna opylena pylem květu jiného jedince) - Fakultativě cizosprašné (květ je schopen samo- i cizo- sprášení)

Mutace, mutageneze Mutace – změny genotypu, které nejsou způsobené segregací, ani rekombinací a které se dědí Podle toho, jak k mutaci došlo: - Spontánní - Indukované (umělé) Podle místa vzniku: - Generativní (gametické) - Somatické- vznikají mutagenní pletiva (chiméry) Podle životaschopnosti jedinců po mutagenezi: - Vitální - Letální (hranice LT50 – 50 % přeživších jedinců)

Mutace, mutageneze Podle změn genotypu: - Genové (bodové) – změna v jednom genu - Chromozomální – týkají se větších úseků DNA, mění počet a polohu genů - Genomové – změna počtu chromozomů (ploidie..) - Cytoplazmatické – změny genů v cytoplazmě (plazmogenů organel…)

Genové mutace 1. Nukleotidové substituce – výměna nukleotidů (RNA), nebo nukleotidových párů (DNA) 1A. Tranzice: výměna v rámci skupin nulkeotidů (purinový za purinový, pyrimidinový za pyrimidinový) 1B. Transverze: výměna purinového za pyrimidinový nukleotid Nukleotidové mutace se mohou, ale nemusí projevit ve fenotypu

Purinové nukleotidy: A, G Pyrimidinové nukleotidy: C, T, (U)

Genové mutace 2. Posunové mutace – posun čtecího rámce při proteosyntéze 1A. Delece: ztráta jednoho, nebo více nukleotidů v řetězci 1B. Inzerce (adice): vložení jednoho, nebo více nukleotidů do řetězce

Purinové nukleotidy: A, G Pyrimidinové nukleotidy: C, T, (U)

Chromozomální mutace 1. Intrachromozomové 1A. Delece – ztráta vnitřního úseku chromozomu při dělení 1B. Deficience – ztráta koncového úseku chromozomu při dělení 1C. Duplikace – zdvojení určitého úseku chromozomu

1D. Inverze – otočení úseku chromozomu při dělení

Chromozomální mutace 2. Interchromozomové 1A. Translokace – přesun úseku chromozomu na jiné místo v tomtéž, nebo jiném chromozomu 1B. Heterochromozomová duplikace – výměna různých částí chromozomů MUTAGENY Fyzikální: UV světlo, ionizující záření (X-Ray, Gama záření..) Chemické: interkalační látky, analogy bazí, kyselina dusitá, hydroxylamin, alkylační látky, azidy.. Většina chemických mutagenů narušuje strukturu DNA Kolchicin – nenarušuje strukturu DNA, ale poškozuje buňěčný aparát (dělící vřeténko při mitotickém dělení buněk)

Genomové mutace Označení genomu rostlin: A, B, C …. Příklad: pšenice setá (Triticum eastivum L.) AABBDD BB – kozí tráva Aegilops sp. – genom BB (2n = 14) AA – pšenice jednozrnka – genom AA (2n = 14) pšenice dvojzrnka (T. dicocum) – AABB (4n = 28) T.dicocum x Aegilops squarrosa (divoká tráva) DD (2n=14)

T. aestivum a T. durum hexaploidní formy (6n = 42), tedy 14 x 3 = 42

Genomové mutace Znásobení počtu chromozomů může být označováno jako: - euploidie: násobek původního počtu chromozomů - aneuploidie: počet chromozomů (sudý, nebo lichý počet), který není násobkem původního počtu chromozomů

Autopolypoidie: zmnožení počtu chromozomů jednoho druhu (autotriploid AAA, autotetraploid AAAA…) Alopolyploidie: sada chromozomů od dvou a více druhů rostlin získané mezidruhovou hybridizací (autotetraploid AABB, autohexaploid AABBDD…) Geneticky podmíněné štěpení u polyploidů je odlišné od štěpení diploidů, kvůli zvýšení počtu chromozomů a tím i počtem alel v každém lokusu.

Působení kolchicinu při mitotickém dělení

Zákon volné kombinovatelnosti genů P: gamety: F1:

AA BB AB

x

aa bb x

Aa Bb

ab

Zákon volné kombinovatelnosti genů F1:

Aa Bb

F2:

AB

Ab

AB

AABB

AABb

Ab

AABb

aB

AaBB

ab

AaBb

AAbb AaBb Aabb

aB

ab

AaBB

AaBb

AaBb aaBB aaBb

Aabb aaBb aabb

3. zákon volné kombinovatelnosti genů

F1:

Aa Bb

F2:

AB

Ab

AB

AABB

AABb

Ab

AABb

aB

AaBB

ab

AaBb

F2 – štěpné poměry:

AAbb

ab

AaBB

AaBb

AaBb aaBB

AaBb

aaBb

Aabb 9 A-B- : 3

aB

A-bb

: 3 aaB- : 1

Aabb aaBb aabb aabb

Šlechtění jednotlivých plodin Teoretický výnosový potenciál: teoretický výnos plodin (většinou určených ke sklizni na zrno / semeno, který je výsledkem interakce: počet rostlin na m2 x počet klasů x počet zrna v klasu x HTZ) – je vždy vyšší o 30 – 60 % než skutečný výnos Příklad: řepka olejná - Výsevek 600.000 klíčivých semen / ha - Počet šešulí na rostlině: 180 - Počet semen na rostlině: 3500 - HTS (g): 5,0 Teoretický výnos: 10,5 t /ha

Šlechtění jednotlivých plodin Skutečný výnos: na skutečný výnos má vliv: - Redukce počtu větví, odnoží - Redukce počtu semen v šešulích, zrn v klasech - Redukce vlivem napadení chorob a škůdců - Redukce vlivem nevyrovnanosti pozemku a vlivem vypadání semen

Šlechtění jednotlivých plodin Ideotyp odrůdy:model ideální odrůdy kombinující požadované vlastnosti výnosu, kvality, odolnosti. Uvádí se jako pomůcka – výraz při stanovování šlechtitelského cíle.

Šlechtění: - Pšenice - Ječmen - Kukuřice - Řepka - Brambory - Cukrovka - Pícniny (jílky, jetel)

Šlechtění pšenice Formy: - Ozimá (cca 800.000 ha) - Jarní (cca 40.000 ha) Podle ploidie, klasu a kvality zrna: Diploidní (2n = 14) - Jednozrnka (T. monoccocum) - planá a kulturní forma Tetraploidní (2n = 28) - Tvrdá (T. durum) - Dvouzrnka (T. diccocum) - Naduřelá (T. turgidum) Hexaploidní (2n = 42) - Špalda (T. spelta) - Setá (T. aestivum)

Šlechtění pšenice

Fenologické fáze - BBCH

kód popis Stadium 0: Klíčení 00 suché semeno 01 počátek bobtnání 03 konec bobtnání 05 kořínek vystoupil ze semene 07 koleoptile vystoupila ze semene 09 vzcházení: koleoptile proráží povrch půdy, na špičce koleoptile je již viditelný list Stadium 1: Vývoj listů 10 první list vystoupil z koleoptile 11 fáze 1. listu: 1. list rozvinutý 12 fáze 2. listu: 2. list rozvinutý 1 vývoj listů pokračuje 19 9 a více listů rozvinutých Stadium 2: Odnožování 21 první odnož viditelná: počátek odnožování 22 druhá odnož viditelná 2 vývoj odnoží pokračuje 29 9 a více odnoží viditelných Stadium 3: Sloupkování 30 začátek sloupkování:hlavní odnož i vedlejší odnože se zřetelně napřimují a počínají se prodlužovat, klas (lata) vzdálen od odnožovacího uzlu min. 1 cm 31 fáze 1. kolénka: 1. kolénko těsně nad povrchem půdy zjistitelné, vzdálené od odnožovacího uzlu min. 1 cm 32 fáze 2. kolénka: 2. kolénko postižitelné, vzdálené min. 2 cm od 1. kolénka 33 fáze 3. kolénka: 3. kolénko vzdálené min. 2 cm od 2. kolénka 34 fáze 4. kolénka: 4. kolénko vzdálené min. 2 cm od 3. kolénka 37 objevení se posledního listu (praporcový list): poslední list ještě svinutý 39 fáze jazýčku (liguly): jazýček praporcového listu již viditelný, praporcový list plně rozvinutý

Stadium 4: Naduření listové pochvy 41 pochva praporcového listu se prodlužuje 43 klas (lata) se ve stéble posunuje vzhůru, pochva praporcového listu začíná duřet 45 pochva praporcového listu naduřelá 47 pochva praporcového listu se otevírá 49 špičky osin: osiny jsou viditelné nad ligulou praporcového listu Stadium 5: Metání 51 počátek metání: špička klasu (laty) vystupuje z pochvy nebo ji proráží bočně 55 střed metání: báze ještě v pochvě 59 konec metání: klas (lata) celý viditelný Stadium 6: Kvetení 61 počátek kvetení: prvé prašníky viditelné 65 střed kvetení: 50 % prašníků zralých 69 konec kvetení Stadium 7: Tvorba zrn 71 prvá zrna dosáhla poloviny své konečné velikosti, obsah zrn vodnatý 73 časná mléčná zralost 75 střední mléčná zralost: všechna zrna dosáhla své konečné velikosti, obsah zrn mléčný, zrna ještě zelená 77 pozdní mléčná zralost Stadium 8: Zrání 83 časná těstovitá (vosková) zralost 85 těstovitá zralost: obsah zrna ještě měkký, ale suchý, deformace tlakem nehtu reverzibilní 87 žlutá zralost: deformace tlakem nehtu irreverzibilni 89 plná zralost: zrno je tvrdé, jen s obtíží je lze nehtem palce zlomit Stadium 9: Stárnutí 92 mrtvá zralost: zrno již nelze nehtem palce stisknout nebo zlomit 93 zrna se uvolňují 97 rostlina plně odumřelá, stéblo se láme 99 sklizené zrno (vhodné pro posklizňové úpravy zrna, např. ochranné zásahy)

Šlechtění pšenice Pšenice: autogamní rostlina, podíl cizosprášení je menší než 3 % Většina odrůd: liniové – čisté linie a víceliniové, hybridy- zřídka za použití gametocidů Historie: - Původně do 1. poloviny 20. století – výběry z krajových odrůd - Za období 1918 – 1992 (Československo) bylo registrováno 227 ozimých a 64 jarních pšenic Z toho: - 30 % z krajových odrůd - 36 % kombinačním křížením - 20 % registrací zahraničních odrůd - 14 % výběrem ze zahraničních odrůd, nebo šlecht. Materiálu Za roky 1970 – 2004 činil průměrný přírůstek výnosu v odrůdových pokusech 75 kg/ha/rok.

Šlechtění pšenice - Výnos: komplexní znak s nízkou až střední heritabilitou - Sklizňový index: podíl zrna z celkové biomasy pšenice – důležité selekční kritérium, souvisí se zakrslostí (geny pro polozakrstost – Rht) - Zimovzdornost: odrůdy/linie s nízko položeným odnožovacím uzlem Kvalita obilek: - Pšenice podle kvality: E, A, B, C, K E – velmi dobré (zlepšující) – min. 12,6 % NL (proteinu) A – dobré, samostatně zpracovatelné – min. 11,8 % proteinu B – doplňkové, zpracovatelné ve směsi – min. 11,1 % proteinu C – málo vhodné až nevhodné K – odrůdy pro keksy a sušenky (biscuit type)

Šlechtění pšenice Kvalita obilek: - Pšenice podle kvality: E, A, B, C, K Pekárenské pšenice (E, A, B) - požadavky: - vyšší obsah bílkovin nad 11 % - Nižší obsah lepku v sušině (20 – 24 %), max. 28 % - Vysoký glutein index (poměr lepku po odstředění z celkového lepku) - Nižší číslo poklesu (pádové číslo) min. 220 s. - Objemová výtěžnost – vyšší (nad 500 ml) - Vyšší vaznost mouky – nad 52 % - Nižší tvrdost zrna

Šlechtění pšenice Metody šlechtění: selekce podle znaků s vysokou heritabilitou v nižších generacích F2 až F4 (fotoperioda, polozakrslost, odolnost proti vypadávání obilek, sklizňový index, odolnost k chorobám a škůdcům) - Testy adaptability v různých ročnících a prostředích v gen. F5 až F7 Možnosti využití molekulárních markerů: - 3 geny s projevy dominance pro červenou barvu zrna - 2 geny s projevy dominance, aditivity a mnohonásobného alelizmu pro fotoperioditu - 5 genů pro jarovizaci, Rht gen pro zakrslost - Mrazuvzdornost – geny Gld 1D5 a Gld 6A3 - Odolnost k padlí – 9 genů Pm2 a Pm6 (s projevy dominance a mnohonásobného alelizmu) - Odolnost ke rzi travní – 7 genů Sr31, Sr29, Sr11 s projevy dominance, aditivity a mnohonásobného alelizmu - Odolnost ke rzi plevové Yr9 a rzi pšeničné Lr9, Lr19

Šlechtění pšenice Variabilita znaků v ÚKZÚZ – registrace (2007 – 2010): -

Metání a zralost: dny od kontrolní odrůdy (-2 až +6) Odolnost k poléhání: 4 – 8 Délka rostlin: 90 – 114 Produktivní stébla na m2: 619 – 711 Zimovzdornost (% přežití): 47 – 74 % Padlí travní na listu / v klasu: 4 – 7 / 6 – 8 Listové skvrnitosti: 4 – 6 Braničnatka plevová v klasu: 6 – 7 Rez pšeničná: 4 – 7 Rez travní – testy: 2 – 9 Rez plevová – testy: 4 – 9 Běloklasost: 6 – 8

Kvalitativní znaky: Sedimentační test, obsah NL, číslo poklesu, objemová hmotnost, tvrdost, škrob v sušině, HTZ, alveograf – deformační energie, poměrové číslo.

Šlechtění pšenice Zadání Vyšlechtěte novou velmi ranou liniovou odrůdu potravinářské pšenice s vysokým výnosem zrna, dobrou zimovzdorností a odolností proti poléhání a obligátním chorobám

Rok 0: - Výběr rodičů - Zdroj informací: seznam doporučených odrůd, odrůdová kniha, výsledky zkoušek výkonu odrůd - Rodiče Genius (E pšenice) x Tobak (B pšenice) V případě potřeby: možnost provést SSR (mikrosatelity na příbuznost – genetickou vzdálenost) - Křížení rodičů

Rok 1-2: - Sklizeň F2 osiva – segregující (štěpící populace) - Stanovení šlechtitelského cíle a volby metody Koeficienty heritability: F2 - Ranost 0,80 - Výška rostlin 0,97 - Délka klasu 0,14 - Počet zrn v klasu 0,95 - Počet odnoží 0,88 - Hmotnost tis.zrn 0,93 - Počet zrn na rostlině 0,77 - Odolnost ke rzi 0,45 - Mrazuvzdornost 0,51 - Obsah NL 0,67 1 – 4 m2 - Odolnost k padlí 0,36

............ ............ ............ ............ ............

Rok 3-5: - Sklizeň F3 až F5 osiva – homozygotace linií (potomstev) - Selekce na znaky morfologické, kvalitativní, odolnost Po sklizni každé generace – analýza kvality (nejlépe nedestrukčními metodami – např. NIRS – Near Infrared Spectroscopy, NMR – Nuclear Magnetic Resonance) V každé parcele se hodnotí: - Ranost - Výška rostlin - Odolnost k chorobám

………… …........ ………… …........ ………… …........

Rok 6-8: - Sklizeň F6 – F8 osiva – pokračování homozygotace linií - První zkoušky výkonu (ZV) – výnos zrna - Izolace rostlin v parcelách ZV, nebo Výsev samostatně kvůli izolacím 1. Rok ZV – jedna lokalita, 1 opakování 2. Rok ZV – více opakování 3. Rok ZV – více opakování a více lokalit + příprava množení pro registrační zkoušky Stále probíhající selekce na: - ranost, výška, poléhání - Kvalita (již přesné metody) - Odolnost k chorobám - Výnos zrn

10

2 m

Rok 9-12: - Sklizeň F9 osiva – udržovací šlechtění - Pokračování zkoušek výkonu Státní odrůdové zkoušky (potřeba 10 kg osiva)

10

Po 2. roce státních odrůdových zkoušek - Založení množitelského porostu (výroba osiva SE1) V dalších letech – výroba SE2, E, a C osiva na prodej

1000-50000

2 m

2 m

Šlechtění řepky -Vysoký množitelský potenciál -Poměrně malá genetická diversita -Plasticita řepky -Potvrzen heterozní efekt (hybridy) -Fakultativně cizosprašná plodina (samosprašná) -Teoretický výnosový potenciál řepky je 6-8 t/ha ! -Koeficienty dědivosti vybraných znaků řepky: -Výnos semene: 0,24 – 0,27 -% oleje: 0,59-0,76 -Počátek kvetení: 0,90 – 0,91 -Výška rostlin: 0,75 – 0,79 -Rannost zrání: 0,56 - 0,70 -Obsah GSL: 0,69 - 0,95 (BS) 0,66 – 0,87 (NS) -Složení MK: 0,89 – 0,93 -Pukavost šešulí: vysoký h2 -Žlutosemennost: velký environmentální vliv -Morfologické znaky: poměrně vysoké h2

Šlechtění řepky – fenologické fáze

Hybridní šlechtění ozimé řepky Předpoklady tvorby hybridů • Existence heterozního efektu (existence dominance a superdominance). Heteroze je vyšší výnos heterozygotů proti srovnatelným homozygotům. • Technická proveditelnost (biologické a genetické předpoklady, cena)

Přednosti a nedostatky hybridů hybridů řepky ozimé: +• Přínos – Vyšší výnos (až o 20 %) – Vyšší produkce oleje z jednotky plochy – Vyšší vitalita (nižší výsevek na 1 hektar, rychlejší podzimní růst) – Jistější přezimování (vyšší odolnost proti stresům) • Negativa hybridů řepky ozimé : – Vyšší cena osiva (až 3-násobná oproti liniovým odrůdám) – V současnosti u některých hybridů nižší kvalita semene (obsah GSL) – Technická náročnost produkce (málo ploch pro množení, nutnost selekcí…)

-

Zvýšení úrovně různých znaků vlivem heteroze u řepky ozimé Paulmann (1999)

Znak

Heteroze (ano/ne)

Výnos semene

ANO

Výnos oleje

ANO

Obsah oleje

NE

HTS

NE

Výška rostlin

ANO

Odolnost proti poléhání

NE

Rezistence

NE

Vitalita Přezimování

Obsah GSL

ANO (ANO)

NE

Vývoj hybridních odrůd na bázi systému Ogu-INRA v ČR: A) kompozitní hybridy: - Synergy (1998) - Betty (1999) B) 3-liniové hybridy: - Embleme (2002) C) topcross hybridy: - Spirit (2003) D) restaurované hybridy: - Extra (2003) - Executive (2004) - Vectra (2004) - Expander (2007) - Exagone (2007) - Hornet (2007) - Radost (2008) Heterozní efekt u řepky = nárůst výnosu o 4 - 10 % (ÚKZÚZ 2004-2006)

Problémy při tvorbě Ogu-INRA hybridů: - vysoký obsah GSL u linií obnovitele - vyšší obsah GSL v hybridním osivu (oproti liniovým odrůdám) - nedostatečná genetická diverzita linií obnovitelů - problematické molekulární markerování genu obnovy - zdlouhavý proces přípravy mateřských linií Současné cíle u Ogu-INRA hybridů: - zlepšit kvalitu semene finálních hybridů (snížit obsah GSL, zvýšit obsah tuku) - zvýšit počet kvalitních obnovitelů fertility (rozšířit genetickou variabilitu výběrové základny) - zefektivnit molekulární metody výběru obnovitelů

Liniové šlechtění řepky: Předpoklad – snižování podílu liniových odrůd na trhu ..v ČR kolem 20 % Možnosti pro budoucí šlechtění liniových odrůd: - „speciální“ kvalitativní směry - rezistentní odrůdy - urychlení pomocí dihaploidizace

Období (přibližně)

Charakteristika odrůd

Využití

do r. 1975

„EG“ odrůdy s nevyhovující kvalitou vysoký obsah kyseliny erukové (KE) v oleji a glukosinolátů (GSL) ve šrotu

malé možnosti využití; olej hlavně pro technické účely

r .1975 až 1985

tzv. „0“ odrůdy se sníženým obsahem KE (do 5 %), ale vysokým obsahem GSL

rozšíření pro potravinářské využití; bez krmivářského využití; zvýšení osevních ploch

r. 1985 až současnost

„00“ odrůdy s minimálním obsahem KE a nízkým obsahem GSL (do 30 μmol /g semene)

bezproblémové potravinářské využití, přidávání šrotů a výlisků do krmných směsí; zvýšení osevních ploch

od r. 1995

rozšíření hybridních odrůd (nejdříve na bázi systému MSL Lembke, později OguINRA)

stejné použití jako „00“ odrůdy, využití heterozního efektu v podobě vyšších výnosů

od r. 2000

výkonné liniové odrůdy s velmi nízkým obsahem GSL, nové trendy -změněná skladba mastných kyselin v oleji, žlutosemenné odrůdy, trpasličí odrůdy, využití GMO technologií atd.

nárůst osevních ploch, šlechtění odrůd se „speciálním složením“ olejů, potravinářské účely, MEŘO pro výrobu bionafty, tolerance k herbicidům, mrazuvzdornost, odolnost k chorobám a škůdcům atd.

Hlavní parametry kvality u současných odrůd a jejich variabilita (SDO – řepka olejná, ÚKZÚZ, 2008)

Znak

Rozpětí hodnot

Cíl

Obsah oleje (% v sušine)

43,86 – 49,07

50 %

- % kyseliny olejové

59,40 – 67,70

80 %

- % kyseliny linolové

16,10 – 22,60

20, resp. 30 – 40 %

- % kyseliny linolenové

6,80 – 9,80

2–3%

- % kyseliny erukové

0,06 – 0,10

Není problém

Obsah glukosinolů (GSL) (μmol/g sem. při 9% vlhkosti a 46% olejnatosti)

7,16 – 16,60 (liniové odrůdy) 9,42 – 20,41 (hybridy)

pod 5 μmol/g

Parametry kvality oleje Možnosti změny obsahu mastných kyselin v řepkovém oleji:

Využití

Typ modifikace Nízký obsah kys. linolenové

klasicky

Vyšší oxidační stability

Vysoký obsah kys. kaprilové

Intravenózní energetická výživa

Vysoký obsah kys. laurové (nad 40 %)

Výroba cukrovinek

Vysoký obsah kys. palmitové

Margarin, pokrmový tuk a cukrovinky

Vysoký obsah kys. stearové (nad 30 %)


Vysoký obsah kys. olejové (80 %)

Zvýšená stability při tepelném namáhání

klasicky

Vysoký obsah kys. myristové a palmitové

Náhražky másla

Vysoký obsah kys. petroselinové

Polymery, detergenty

Vysoký obsah kys. ricinoolejové

Mazadla, změkčovadla, kosmetika

Nízký obsah kys. palmitové a stearové

Salátové oleje

Vysoký obsah kys. polyhyrdoxymáselné

Odbouratelné plasty

Vysoký obsah kyseliny erukové

Biomaziva, technické účely

klasicky

Modifikace kvalitativního a kvantitativního složení řepkového semene (upraveno podle www.europabio.org, 2006) typ oleje

vlastnost

dostupnost odrůd

šlechtitelská metoda

„OO“ typ

bez kyseliny erukové a glukosinolátů

dostupné

konvenční šlechtění

„HO“ odrůdy s vysokým obsahem C18:1

obsah kyseliny olejové (C18:1) nad 80 %

dostupné, resp. v blízké době

konvenční šlechtění, GMO

vysoký obsah kyseliny laurové (C12:0)

obsah C12:0 zvýšený z 0 na 40 %

dostupné

GMO

mastné kyseliny se střední délkou řetězce

nové mastné kyseliny – kyselina kaprilová, kapriliková, myristová

dostupnost v blízké době

GMO

typ „stearin“

obsah kyseliny stearové (C18:0) nad 25 %


GMO

typ „EG“

obsah kyseliny erukové (C22:1) nad 50%

dostupné


typ „EEE“



GMO

typ „PHA“

produkce polyhydroxy mastných kyselin pro výrobu bioplastů

dostupnost ve střednědobém horizontu

GMO

olej s obsahem betakarotenu

obohacení řepkového oleje o provitamín A


GMO

Parametry kvality řepkového šrotu

Hlavní parametry kvality řepkových šrotů a šlechtitelské cíle: Znak Současné hodnoty Cíl Glukosinoláty (mikromoly/g semene 8 – 20 mikromolů

pod 5

při 9% vlhkosti a 46 % olejnatosti)

Sinapin (% v řepkovém šrotu)

1,0 – 3,0

pod 1%

Fytin (% v řepkovém šrotu) Taniny (% v řepkovém šrotu) Vláknina (% v řepkovém šrotu)

0,3 – 1 2-3 10,5 – 12

pod 0,2 % pod 2 % 5-6%

Proteiny (% v řepkovém šrotu)

17 – 25

30 %

Většina těchto znaků má vysoký koeficient dědivosti = teoreticky lze účinně dosáhnout požadovaného cíle Problém = zakombinovat tyto vlastností do jedné odrůdy + návratnost

Parametry kvality řepkového šrotu Glukosinoláty (GSL): - jsou rostlinné glykosidy (sirné sloučeniny) s výrazným antinutričním účinkem - ve šlechtění na obsah GSL v řepkovém šrotu došlo k nejvýraznějšímu posunu v kvalitě (snížení obsahu z cca 80 – 120 μmol/g semene na současných 10 – 20 μmol/g semene) - nejsledovanější antinutriční složka - rozkladné produkty GSL poškozují štítnou žlázu i jaterní činnost - hlavní rozkladné produkty jsou izothiokyanáty a 2-oxazolidinethion (goitrin – VTO) - kritérium pro registraci odrůd v ČR = pod 18 μmol/g semene při 9% vlhkosti a 46% olejnatosti - limit pro merkantil = 30 μmol/g BTS – tržní typ A - některé hybridní odrůdy jsou „na hranici“ obsahu GSL - v případě rozmachu pěstování řepky na výrobu bionafty (5,75 % všech motorových paliv v roce 2010) se zvýší produkce šrotů = vyšší důraz na nízkoglukosinolátové odrůdy

Parametry kvality řepkového šrotu Glukosinoláty ve výživě zvířat:

Kategorie hospodářských zvířat Drůbež

Horní hranice doporučeného zastoupení řepkových šrotů a pokrutin 5 – 15 % (v krmných směsích)

- z toho nosnice

5%

(v krmných směsích)

Selata

5%


- odchov a výkrm

10 %


Prasnice

8%


Dojnice

2,5 kg

Býci

do 2,0 kg (při hmotnosti 400 kg)

Snížení obsahu GSL pod na 4 – 8 μmol/g semene = zvýšení řepkových šrotů a pokrutin v krmných směsích na 2-násobné množství !!!

Pozornost šlechtitelů je v blízké budoucnosti zaměřena na:

Šlechtitelský cíl

Priorita

Odrůdy

Zvýšení obsahu oleje

vysoká

* Všechny nové odrůdy

Zvýšení obsahu k. olejové a snížení obsahu k. linolenové

vysoká

Spleandor

Snížení obsahu GSL

vysoká

Žlutosemenné odrůdy

vysoká

šlechtí se

Zvýšení obsahu tokoferolů a fytosterolů

střední

šlechtí se

Zvýšení obsahu bílkovin

střední

šlechtí se

Snížení obsahu fytinu, taninu a sinapinu

střední až nízká

samostatné projekty

GMO

vysoká

různá omezení ze strany EU

Šlechtění na mrazuvzdornost Šlechtění na vyšší mrazuvzdornost: 1) Mrazové testy – každoročně vybrané DH linie a perspektivní genotypy 2) Terčíková metoda 3) Stanovení mrazuvzdornosti DH linií z mikrosporových kultur ovlivněných hydroxyprolinem

Šlechtění na suchovzdornost -Velmi aktuální směr šlechtění (lokality mírného pásma jsou stále častěji sužovány obdobím sucha)

Tento směr ale zatím není realizován ve formě odrůd (* hybridy) Možnosti: -Selekce podle izotopu uhlíku v pletivech rostlin -Selekce podle % sušiny v pletivech (RWC – Relative Water Content) -Selekce podle měření osmotického potenciálu rostlin -Selekce podle měření vodní kapilarity pletiv -Selekce podle aktivity fotosyntézy (obsah chlorofylu) -Selekce podle bílkovin ovlivňujících stres-toleranci (prolin) -Selekce podle transpirace, velikosti průduchů atd..

Resyntéza řepky z původních druhů Skupina

Počet Genetická chromozomů konstituce (n)

Druh

Základní skupina

I.

10

AA

B. campestris syn. rapa

A

II.

8

BB

B. nigra

B

III.

9

CC

B. oleracea

C

IV.

18

AABB

B. juncea

amfidiploid základních skupin A a B

V.

19

AACC

B. napus

amfidiploid základních skupin A a C

VI.

17

BBCC

B. carinata

amfidiploid základních skupin B a C

Resyntéza řepky z původních druhů Cíle resyntézy: -Dosažení lepších parametrů odolnosti proti chorobám a škůdcům -Dosažení širší genetické základny pro účely hybridního šlechtění -Změna kvalitativních vlastností semene Negativa resyntézy:

-Rychlost dosažení cíle -Dosažení sledované vlastnosti bez zhoršení ostatních znaků -Náročnost (i finanční)

Molekulární markerování Charakterizované geny u řepky: -Barva květů -Kyselina eruková -Odolnost proti padlí (určitý kmen) -Odolnost proti fomě (určité kmeny) -Barva osemení -Apetální řepka -Typ řepky (ozimá/jarní) -Obsah kyseliny eikosenové -Obsah GSL v semeni (jednotlivé GSL) -Délka šešulí -Tvar a vykrajování listů -Samčí sterilita Ms/ms, vč. Obnovitele -Barva kořene -Obnovitel fertility Rf, vč. Sterilní komponenty (cytoplasma) -Autoinkompatibilita -Dwarf gen (trpasličí a polotrpasličí řepka)

Molekulární markerování V Německu, Francii, USA, Kanadě – je běžné na každém šlechtitelském pracovišti V ČR – není běžnou součástí šlechtění řepky Využívá se na: (v ČR) -Autoinkompatibilitu -Rf gen obnovy fertility -Čistotu linií (vyrovnanost kmenů a linií) -Kyselinu linolenovou a linolovou -Identifikace izolátů Phoma lingam Rezervy: -Genetická vzdálenost pro tvorbu hybridů -Při šlechtění na rezistenci -Značné možnosti pro získání financí z grantových projektů na šlechtění

Původy genů u odrůd řepek se změněnou kvalitou oleje - Kyselina eruková (62%) – pomocí fůze protoplastů řepky a brukvovité skalničky (Physaria fendleri) - Kyselina stearová (45%) přenesením odpovídajícího genu z tropického stromu mangostanu (Garcinia mangostana) - Kyselina palmitová – gen z topolu - Kyselina Laurová – gen byl přenesen transgenózí ze subtropického stromu Umbellularia californica

- Kyselina kaprilová a kaprová – gen z hlazence (Cuphea hookeriana)

Shrnutí současných trendů (i z hlediska ekonomické návratnosti): -Hybridní odrůdy „nové generace“ (bezproblémová kvalita, vysoký obsah oleje, výnos převyšující liniové odrůdy o 5-10 %) -Trpasličí odrůdy (Dwarf) – bez výnosové deprese -Výzkum a využití molekulárních markerů -Finančně zajímavé kvalitativní směry (změny obsahu mastných kyselin v oleji) -GMO – předpoklad „uvolnění“ trhu v EU -Rezistentní šlechtění (Fomové černání stonku, černě, proti škůdcům, na suchovzdornost) -Žlutosemennost

Šlechtění kukuřice - Cca 200 tis. ha na siláž, cca 100 tis. ha na zrno Typy odrůd: 1. Hybridy (2-linové Sc, 3-liniové Tc, 4-liniové Dc) 2. Liniové odrůdy (dnes již se nepěstují) – silný vliv inbrední deprese _________________________________________________________

1. 2. 3. 4.

Silážní – důraz kladen na stravitelnost OH Přechodné – lze použít na siláž i na zrno Zrnové – vyšší poměr zrna k celkové biomase Bioplynové – důraz je kladen na vhodnost pro fermentaci

_________________________________________________________

Podle zralosti (velmi důležitý parametr !!!) FAO – číslo rannosti 1. Do FAO 220 / 250 – velmi raný hybrid (typ FLINT) – tvrdý typ zrna 2. 220 / 250 – 260 / 300 – raný hybrid 3. 260 / 300 – 300 / 350 - středně raný hybrid 4. Nad 300 / 350 – pozdní hybrid (typ DENT)

Šlechtění kukuřice Základní pravidla ve šlechtění kukuřice: - Používání nepříbuzných linií rodičů pro tvorbu hybrida - Nutná kontrola kombinační schopnosti (GCA, SCA) – pro jejich hodnocení je nutné min. testování ve 2-3 opakováních na 4 lokalitách po 2 roky

- Důležité selekční kritérium – adaptabilita – vhodnost do chladnějších a sušších oblastí - Využití iziolonií pro tvorbu víceliniových hybridů (izolinie = sesterské linie) - Generace izolinií (I2, I3, I4, I5) – testy kombinančí schopnosti v generaci I3, I4 - Využití hybridního systému: - A) Cytoplazmaticko-jaderná sterilita (málo spolehlivá) - B) Ruční kastrace

Šlechtění kukuřice Stay-green efekt

Šlechtění kukuřice - znaky Výnos celkové suché hmoty Výnos celkové zelené hmoty Škrob - obsah škrobu v sušině ELOS - stravitelnost (rozpustnost) OH v pepsin-HCL-celulázovém roztoku (De Boever 1986, 1988) DMS - stravitelnost (rozpustnost) OH v pepsin-celulázovém roztoku, model M4(Andreu a Aufrére, 1996) IVDOM – stravitelnost OH v bachorové šťávě ovce (Tilley&Terry, 1963) NEL - netto energie laktace DINAG - stravitelnost OH po odečtení škrobu a rozpustných cukrů, nepřímo vyjadřuje stravitelnost vlákniny – používá se ve Francii jako doplňkový ukazatel. Odolnost proti poléhání (9-1) Sněť kukuřice Výška rostlin Výška nasazeni palic

Šlechtění kukuřice – další znaky Tyto znaky nejsou sledovány v registračních zkouškách ÚKZÚZ, ale jsou velmi důležité pro pěstitele: - Způsob dozrávání rostliny – rychle dozrávající, rovnoměrně dozrávající, stay-green - Rychlost počátečního vývoje - Tolerance k přísušku - Rychlost dozrávání zrna – rychlost uvolňování vody ze zrna při zrání roslin - Fermentační zkoušky – u bioplynových hybridů

Šlechtění bramboru Plocha brambor v ČR – cca 45.000 ha Odrůdy: 1) Pro přímý konzum 2) Na výrobu lupínků 3) Na výrobu hranolek 4) Pro výrobu škrobu (hodnotí se jen obsah a výnos škrobu) Sledované parametry: 1) Brambory rané pro přímý konzum - výnos tržních hlíz - Výnos hlíz - Výnos hlíz (40 – 70 mm) - vady hlíz - hniloby hlíz

Šlechtění bramboru 2) ostatní pro přímý konzum -výnos tržních hlíz -vady hlíz -hniloby hlíz -aktinomycetová obecná strupovitost Varný typ - dlouhodobé skladování - klíčení hlíz - vhodnost k mytí - hladkost slupky

Choroby - vločkovitost hlíz - zduřelá nekrotická kroužkovitost - stříbřitost slupky - hniloby hlíz Ostatní: pevnost slupky, změna barvy oloupaných hlíz, zelenání slupky, klíčení hlíz

Šlechtění bramboru Výnos bramboru souvisí s heterozygotností – uchovává se klonováním (vegetativním množením) Riziko klonování – přenos virových a bakteriálních chorob Postup šlechtění – rekurentní fenotypová selekce Pro šlechtění lze využít cca 150 druhů brambor: 2n = 24 (diploidy), 2n = 48 (tetraploidy), 2n = 72 (hexaploidy) Každý cyklus ale začíná křížením (většinou adaptované odrůdy x zdroje rezistence) – získané semena F1 Získaná semenná generace se dopěstuje ve skleníku

Následné generace se množí vegetativně a selektují v polních a laboratorních podmínkách

Postup šlechtění bramboru Rok

Generace

Počet kříženců (klonů)

1

Semenáče ve skleníku

180 000

2

A-ramš

80 000

3

B-ramš

25 000

4

1. Klonová generace

8 000

5


2 000

6


400

7

4. Klonová generace (předzkoušky, 1. rok)

80

8


20

9

6. Klonová generace (státní odrůdové zkoušky, 1. rok)

4

10

7. Klonová generace (SOZ, 2. rok)

3

11


2

Šlechtění trav - U nás pěstované druhy jsou cizosprašné (kromě lipnice luční – apomiktické množení bez oplodnění) - Většina trav je schopna se množit vegetativně řízkováním Metody: - Tvorba syntetických populací - Populace z volného opylení

Znaky na selekci: - Výnos zelené/suché hmoty - Adaptabilita odrůd - Odolnost k chorobám a škůdcům - Rychlost a vytrvalost růstu (pícní trávy pro pastevní využití – dlouhá vegetace, pozvolnější růst, pícní trávy k seči – rychlý růst a nárůst biomasy) - Kvalita píce (stravitelnost – h2 = 0,45), obsah vodorozpustných cukrů, chutnost krmiva (dobrovolný příjem).. - Obsah antinutričních látek

Šlechtění trav Metody šlechtění: - Výchozí materiál: mezirodoví a mezidruhoví kříženci, polyploidi Metody selekce: top-cross – pro stanovení kombinační schopnosti Testy kvality: - NIRS (na obsah NL, cukrů, vlákniny..) - Testy krmné hodnoty na zvířatech

Šlechtění rostlin 4. 11. 2016 Inbreeding Genetika populací Šlechtění řepky Šlechtění kukuřice Šlechtění brambor Šlechtění trav

Inbreeding a heteroze Inbreeding: opylování rostlin vlastním pylem Výhody: - Reprodukce homozygotního potomstva - Dobré opylení bez závislosti na přenosu pylu větrem, hmyzem..

Gene Četnost genotypů race AA Aa

aa

0 (F1)

0

1

0

0

1 (F2)

1/4

1/2

1/4

1/2

2 (F3)

3/8

1/4

3/8

3/4

3 (F4)

7 / 16

1/8

7 / 16

7/8

4 (F5)

15 / 32

1 / 16

15 / 32

15 / 16

5 (F6)

31 / 64

1 / 32

31 / 64

31 / 32

Inbreeding se využívá i ve šlechtění n cizosprašných rostlin – nuceným samoopylením Základní efekt inbreedingu: Zvyšování podílu homozygotů na úkor četnosti heterozygotů

1-(1/2)n/2 (1/2)n

F – podíl homozygotů

1-(1/2)n

Inbreeding a heteroze Inbreeding: opylování rostlin vlastním pylem Výhody: - Reprodukce homozygotního potomstva - Dobré opylení bez závislosti na přenosu pylu větrem, hmyzem.. Inbreeding se využívá i ve šlechtění cizosprašných rostlin – nuceným samoopylením Základní efekt inbreedingu: Zvyšování podílu homozygotů na úkor četnosti heterozygotů

Genera ce

Četnost genotypů v % AA

Aa

aa

0 (F1)

-

100

-

1 (F2)

25

50

25

2 (F3)

25,00 + 12,5 25 = 37,5

25,00 + 12,5 = 37,5

3 (F4)

37,5 + 6,25 = 43,75

37,5 + 6,25 = 43,75

4 (F5)

43,75 + 3,12 6,25 = 46,87

43,75 + 3,12 = 46,87

5 (F6)

46,87 + 1,56 3,12 = 48,43

46,87 + 1,56 = 48,43

12,5

Inbreeding a heteroze V případě dihybrida AaBb – po samoopylení F1 generace vznikne: - 1/4 homozygotů (AABB, Aabb, aaBB a aabb - 1/2 monohybridů (AABb, aaBb, AaBB a Aabb) - 1/4 dihybridů (AaBb) Vzorec četnosti homozygotů: [(2m – 1) / 2m] n m – generace samoopylení n – n-násobný hydrid (počet alelických párů)

Šlechtění řepky Charakteristika -Vysoký množitelský potenciál -Poměrně malá genetická diversita -Alotetraploid (AACC) -Plasticita řepky -Potvrzen heterozní efekt (hybridy) -Fakultativně cizosprašná plodina (samosprašná) -Teoretický výnosový potenciál řepky je 6-8 t/ha

Šlechtění řepky - Koeficienty dědivosti vybraných znaků řepky: -Výnos semene: 0,24 – 0,27 -% oleje: 0,59-0,76 -Počátek kvetení: 0,90 – 0,91 -Výška rostlin: 0,75 – 0,79 -Rannost zrání: 0,56 - 0,70 -Obsah GSL: 0,69 - 0,95 (BS) 0,66 – 0,87 (NS) -Složení MK: 0,89 – 0,93 -Pukavost šešulí: vysoký h2 -Žlutosemennost: velký environmentální vliv -Morfologické znaky: poměrně vysoké h2

Šlechtění řepky – fenologické fáze

Fenologická stupnice růstových fází řepky (BBCH) Stadium 0: Klíčení 00 suché semeno 01 počátek bobtnání 03 konec bobtnání 05 klíční kořen vystoupil ze semene 07 hypokotyl s děložními listy protrhl osemení 08 hypokotyl s děložními listy prorůstá u povrchu půdy 09 vzcházení: děložní listy pronikají nad povrch půdy Stadium 1: Vývoj listů 10 děložní listy plně vyvinuté 11 1. pravý list vyvinutý 12 2. pravý list vyvinutý 1 vývoj listů pokračuje 19 9 a více listů vyvinuto Stadium 2: Tvorba bočních větví 20 žádné výhony 21 počátek tvorby bočních výhonů; první boční výhon 29 konec vývoje bočních výhonů: 9 i více bočních větví Stadium 3: Prodlužovací růst 30 počátek prodlužovacího růstu, žádná internodia (listová růžice) 31 1. internodium viditelné 32 2. internodium viditelné 39 9 a více internodií viditelných Stadium 5: Tvorba květů 50 hlavní květenství již viditelné, těsně obklopené nejvyššími listy 51 hlavní květenství viditelné shora uprostřed nejvyšších listů 52 hlavní květenství volné, ve stejné výši jako horní listy 53 květenství převyšuje horní listy 55 na hlavním květenství se oddělily jednotlivé květy (zavřené) 57 jednotlivé květy sekundárních květenství viditelné (uzavřené) 59 první korunní plátky viditelné, květy ještě zavřené

Stadium 6: Kvetení 60 první otevřené květy 61 asi 10 % květů na hlavním stonku otevřeno, květní osa se prodlužuje 63 asi 30 % květů na hlavním stonku kvete 65 plné kvetení: asi 50 % květů na hlavním stonku otevřených, první korunní plátky již opadávají 67 dokvétání: velké množství korunních plátků opadlo 69 konec kvetení Stadium 7: Vývoj plodů 71 asi 10 % šešulí dosáhlo druhově, resp. odrůdově specifické velikosti 73 asi 30 % šešulí dosáhlo druhově, resp. odrůdově specifické velikosti 75 asi 50 % šešulí dosáhlo druhově, resp. odrůdově specifické velikosti 77 asi 70 % šešulí dosáhlo druhově, resp. odrůdově specifické velikosti 79 téměř veškeré šešule dosáhly druhově, resp. odrůdově specifické velikosti Stadium 8: Zrání 81 asi 10 % šešulí vyzrálo (semena černá a tvrdá) 83 asi 30 % šešulí vyzrálo (semena černá a tvrdá) 85 asi 50 % šešulí vyzrálo (semena černá a tvrdá) 87 asi 70 % šešulí vyzrálo (semena černá a tvrdá) 87 většina semen je z poloviny černá 89 plná zralost: téměř veškerá zrna na rostlině černá a tvrdá Stadium 9: Stárnutí 97 rostlina odumřela 99 sklizňová zralost

Hybridní šlechtění ozimé řepky Předpoklady tvorby hybridů • Existence heterozního efektu (existence dominance a superdominance). Heteroze je vyšší výnos heterozygotů proti srovnatelným homozygotům. • Technická proveditelnost (biologické a genetické předpoklady, cena)

Přednosti a nedostatky hybridů hybridů řepky ozimé: +• Přínos – Vyšší výnos (až o 20 %) – Vyšší produkce oleje z jednotky plochy – Vyšší vitalita (nižší výsevek na 1 hektar, rychlejší podzimní růst) – Jistější přezimování (vyšší odolnost proti stresům) • Negativa hybridů řepky ozimé : – Vyšší cena osiva (až 3-násobná oproti liniovým odrůdám) – V současnosti u některých hybridů nižší kvalita semene (obsah GSL) – Technická náročnost produkce (málo ploch pro množení, nutnost selekcí…)

-

Zvýšení úrovně různých znaků vlivem heteroze u řepky ozimé Paulmann (1999)

Znak

Heteroze (ano/ne)

Výnos semene

ANO

Výnos oleje

ANO

Obsah oleje

NE

HTS

NE

Výška rostlin

ANO

Odolnost proti poléhání

NE

Rezistence

NE

Vitalita Přezimování

Obsah GSL

ANO (ANO)

NE

Vývoj hybridních odrůd na bázi systému Ogu-INRA v ČR: A) kompozitní hybridy: - Synergy (1998) - Betty (1999) B) 3-liniové hybridy: - Embleme (2002) C) topcross hybridy: - Spirit (2003) D) restaurované hybridy: - Extra (2003) - Executive (2004) - Vectra (2004) - Expander (2007) - Exagone (2007) - Hornet (2007) - Radost (2008) Heterozní efekt u řepky = nárůst výnosu o 4 - 10 % (ÚKZÚZ 2004-2006)

Problémy při tvorbě Ogu-INRA hybridů: - vysoký obsah GSL u linií obnovitele - vyšší obsah GSL v hybridním osivu (oproti liniovým odrůdám) - nedostatečná genetická diverzita linií obnovitelů - problematické molekulární markerování genu obnovy - zdlouhavý proces přípravy mateřských linií Současné cíle u Ogu-INRA hybridů: - zlepšit kvalitu semene finálních hybridů (snížit obsah GSL, zvýšit obsah tuku) - zvýšit počet kvalitních obnovitelů fertility (rozšířit genetickou variabilitu výběrové základny) - zefektivnit molekulární metody výběru obnovitelů

Hlavní parametry kvality u současných odrůd a jejich variabilita (SDO – řepka olejná, ÚKZÚZ, 2008)

Znak

Rozpětí hodnot

Cíl

Obsah oleje (% v sušine)

43,86 – 49,07

50 %

- % kyseliny olejové

59,40 – 67,70

80 %

- % kyseliny linolové

16,10 – 22,60

20, resp. 30 – 40 %

- % kyseliny linolenové

6,80 – 9,80

2–3%

- % kyseliny erukové

0,06 – 0,10

Není problém

Obsah glukosinolů (GSL) (μmol/g sem. při 9% vlhkosti a 46% olejnatosti)

7,16 – 16,60 (liniové odrůdy) 9,42 – 20,41 (hybridy)

pod 5 μmol/g

Parametry kvality oleje Možnosti změny obsahu mastných kyselin v řepkovém oleji:

Využití

Typ modifikace Nízký obsah kys. linolenové

klasicky

Vyšší oxidační stability

Vysoký obsah kys. kaprilové

Intravenózní energetická výživa

Vysoký obsah kys. laurové (nad 40 %)

Výroba cukrovinek

Vysoký obsah kys. palmitové


Vysoký obsah kys. stearové (nad 30 %)


Vysoký obsah kys. olejové (80 %)

Zvýšená stability při tepelném namáhání

klasicky

Vysoký obsah kys. myristové a palmitové

Náhražky másla

Vysoký obsah kys. petroselinové

Polymery, detergenty

Vysoký obsah kys. ricinoolejové

Mazadla, změkčovadla, kosmetika

Nízký obsah kys. palmitové a stearové

Salátové oleje

Vysoký obsah kys. polyhyrdoxymáselné

Odbouratelné plasty

Vysoký obsah kyseliny erukové

Biomaziva, technické účely

klasicky

Modifikace kvalitativního a kvantitativního složení řepkového semene (upraveno podle www.europabio.org, 2006) typ oleje

vlastnost

dostupnost odrůd

šlechtitelská metoda

„OO“ typ

bez kyseliny erukové a glukosinolátů

dostupné


„HO“ odrůdy s vysokým obsahem C18:1

obsah kyseliny olejové (C18:1) nad 80 %

dostupné, resp. v blízké době

konvenční šlechtění, GMO

vysoký obsah kyseliny laurové (C12:0)

obsah C12:0 zvýšený z 0 na 40 %

dostupné

GMO

mastné kyseliny se střední délkou řetězce

nové mastné kyseliny – kyselina kaprilová, kapriliková, myristová


GMO

typ „stearin“

obsah kyseliny stearové (C18:0) nad 25 %


GMO

typ „EG“


dostupné


typ „EEE“



GMO

typ „PHA“

produkce polyhydroxy mastných kyselin pro výrobu bioplastů

dostupnost ve střednědobém horizontu

GMO

olej s obsahem betakarotenu

obohacení řepkového oleje o provitamín A


GMO

Pozornost šlechtitelů je v blízké budoucnosti zaměřena na:

Šlechtitelský cíl

Priorita

Odrůdy

Zvýšení obsahu oleje

vysoká

* Všechny nové odrůdy

Zvýšení obsahu k. olejové a snížení obsahu k. linolenové

vysoká

Spleandor

Snížení obsahu GSL

vysoká

Žlutosemenné odrůdy

vysoká

šlechtí se

Zvýšení obsahu tokoferolů a fytosterolů

střední

šlechtí se

Zvýšení obsahu bílkovin

střední

šlechtí se

Snížení obsahu fytinu, taninu a sinapinu

střední až nízká

samostatné projekty

GMO

vysoká

různá omezení ze strany EU

Šlechtění na suchovzdornost -Velmi aktuální směr šlechtění (lokality mírného pásma jsou stále častěji sužovány obdobím sucha)

Tento směr ale zatím není realizován ve formě odrůd (* hybridy) Možnosti: -Selekce podle izotopu uhlíku v pletivech rostlin -Selekce podle % sušiny v pletivech (RWC – Relative Water Content) -Selekce podle měření osmotického potenciálu rostlin -Selekce podle měření vodní kapilarity pletiv -Selekce podle aktivity fotosyntézy (obsah chlorofylu) -Selekce podle bílkovin ovlivňujících stres-toleranci (prolin) -Selekce podle transpirace, velikosti průduchů atd..

Resyntéza řepky z původních druhů Skupina

Počet Genetická chromozomů konstituce (n)

Druh

Základní skupina

I.

10

AA

B. campestris syn. rapa

A

II.

8

BB

B. nigra

B

III.

9

CC

B. oleracea

C

IV.

18

AABB

B. juncea

amfidiploid základních skupin A a B

V.

19

AACC

B. napus

amfidiploid základních skupin A a C

VI.

17

BBCC

B. carinata

amfidiploid základních skupin B a C

Resyntéza řepky z původních druhů Cíle resyntézy: -Dosažení lepších parametrů odolnosti proti chorobám a škůdcům -Dosažení širší genetické základny pro účely hybridního šlechtění -Změna kvalitativních vlastností semene Negativa resyntézy:

-Rychlost dosažení cíle -Dosažení sledované vlastnosti bez zhoršení ostatních znaků -Náročnost (i finanční)

Molekulární markerování Charakterizované geny u řepky: -Barva květů -Kyselina eruková -Odolnost proti padlí (určitý kmen) -Odolnost proti fomě (určité kmeny) -Barva osemení -Apetální řepka -Typ řepky (ozimá/jarní) -Obsah kyseliny eikosenové -Obsah GSL v semeni (jednotlivé GSL) -Délka šešulí -Tvar a vykrajování listů -Samčí sterilita Ms/ms, vč. Obnovitele -Barva kořene -Obnovitel fertility Rf, vč. Sterilní komponenty (cytoplasma) -Autoinkompatibilita -Dwarf gen (trpasličí a polotrpasličí řepka)

Molekulární markerování V Německu, Francii, USA, Kanadě – je běžné na každém šlechtitelském pracovišti V ČR – není běžnou součástí šlechtění řepky Využívá se na: (v ČR) -Autoinkompatibilitu -Rf gen obnovy fertility -Čistotu linií (vyrovnanost kmenů a linií) -Kyselinu linolenovou a linolovou -Identifikace izolátů Phoma lingam Rezervy: -Genetická vzdálenost pro tvorbu hybridů -Při šlechtění na rezistenci -Značné možnosti pro získání financí z grantových projektů na šlechtění

Původy genů u odrůd řepek se změněnou kvalitou oleje - Kyselina eruková (62%) – pomocí fůze protoplastů řepky a brukvovité skalničky (Physaria fendleri) - Kyselina stearová (45%) přenesením odpovídajícího genu z tropického stromu mangostanu (Garcinia mangostana) - Kyselina palmitová – gen z topolu - Kyselina Laurová – gen byl přenesen transgenózí ze subtropického stromu Umbellularia californica

- Kyselina kaprilová a kaprová – gen z hlazence (Cuphea hookeriana)

Shrnutí současných trendů (i z hlediska ekonomické návratnosti): -Hybridní odrůdy „nové generace“ (bezproblémová kvalita, vysoký obsah oleje, výnos převyšující liniové odrůdy o 5-10 %) -Trpasličí odrůdy (Dwarf) – bez výnosové deprese -Výzkum a využití molekulárních markerů -Finančně zajímavé kvalitativní směry (změny obsahu mastných kyselin v oleji) -GMO – předpoklad „uvolnění“ trhu v EU -Rezistentní šlechtění (Fomové černání stonku, černě, proti škůdcům, na suchovzdornost) -Žlutosemennost

Příklad – zadání: Vyšlechtit hybridní odrůdu – 2 liniový hybrid, s restaurovanou fertilitou Další požadované vlastnosti: - nízký vzrůst - Odolnost proti Phoma lingam - Střední obsah oleje - Dobrý zimovzdornost - Obsah GSL a kyseliny erukové do 18 mikromol / 2 % Systém sterility / obnovy sterility – cytoplazmatická sterilita OGU-Inra RfRf – dominantní homozygot pro obnovu fertility Rfrf – heterozygot (1/2 rostlin fertilních a ½ sterilních) rfrf – sterilní rostliny (S) – sterilní cytoplazma – je dominantní nad fertilní cytoplazmou (F) – fertilní cytoplazma „normální“ odrůda – rfrf (F) „udržovatel sterility“ – rfrf (S) „obnovitel fertility“ – RfRf (F)

RfRf – dominantní homozygot pro obnovu fertility Rfrf – heterozygot (1/2 rostlin fertilních a ½ sterilních) rfrf – sterilní rostliny (S) – sterilní cytoplazma – je dominantní nad fertilní cytoplazmou (F) – fertilní cytoplazma „normální“ odrůda – rfrf (F) – nekonečno odrůd / linií „udržovatel sterility“ – rfrf (S) – nekonečno odrůd / linií „obnovitel fertility“ – RfRf (F) – omezený počet odrůd / linií Jak vytvořit sterilní mateřský komponent? rfrf (S) x rfrf (F) ↓ rfrf (S) x rfrf (F) ↓ rfrf (S) x rfrf (F) Hybrid je vždy sterilní (sterilní cytoplazma je dominantní nad fertilní)

RfRf – dominantní homozygot pro obnovu fertility Rfrf – heterozygot (1/2 rostlin fertilních a ½ sterilních) rfrf – sterilní rostliny (S) – sterilní cytoplazma – je dominantní nad fertilní cytoplazmou (F) – fertilní cytoplazma „normální“ odrůda – rfrf (F) – nekonečno odrůd / linií „udržovatel sterility“ – rfrf (S) – nekonečno odrůd / linií „obnovitel fertility“ – RfRf (F) – omezený počet odrůd / linií Jak vytvořit obnovitele fertility? RfRf (F), Rfrf (F), rfrf (F) RfRf (F) x rfrf (F)výkonná odrůda ↓ Rfrf (F) ↓ RfRf (F) : Rfrf (F)+ frRf (F) : rfrf (F) / 1 : 2 : 1 Všechny rostliny jsou fertilní (mají fertilní cytoplazmu)

RfRf – dominantní homozygot pro obnovu fertility Rfrf – heterozygot (1/2 rostlin fertilních a ½ sterilních) rfrf – sterilní rostliny (S) – sterilní cytoplazma – je dominantní nad fertilní cytoplazmou (F) – fertilní cytoplazma „normální“ odrůda – rfrf (F) – nekonečno odrůd / linií „udržovatel sterility“ – rfrf (S) – nekonečno odrůd / linií „obnovitel fertility“ – RfRf (F) – omezený počet odrůd / linií Jak otestovat jestli je obnovitel fertility dominantní homozygot? RfRf (F) x rfrf (S) ↓ Rfrf (S) - rostliny jsou fertilní (100 % rostlin v populaci) Rfrf (F) x rfrf (S) ↓ Rfrf (S) : rfrf (S) – ½ rostliny jsou fertilní a ½ sterilní Rfrf (F) x rfrf (S) ↓ rfrf (S) : rfrf (S) – rostliny jsou sterilní (100 % rostlin v populaci)

Dále následuje: - Topcross / polycross – hledání heterozního efektu s využitím specifické kombinační schopnosti (SCA) - Množení jednotlivých komponent nalezených rodičů - Státní odrůdové zkoušky - Udržování jednotlivých komponent a založení množitelského porostu

Šlechtění kukuřice - Cca 200 tis. ha na siláž, cca 100 tis. ha na zrno Typy odrůd: 1. Hybridy (2-linové Sc, 3-liniové Tc, 4-liniové Dc) 2. Liniové odrůdy (dnes již se nepěstují) – silný vliv inbrední deprese _________________________________________________________

1. 2. 3. 4.

Silážní – důraz kladen na stravitelnost OH Přechodné – lze použít na siláž i na zrno Zrnové – vyšší poměr zrna k celkové biomase Bioplynové – důraz je kladen na vhodnost pro fermentaci

_________________________________________________________

Podle zralosti (velmi důležitý parametr !!!) FAO – číslo rannosti 1. Do FAO 220 / 250 – velmi raný hybrid (typ FLINT) – tvrdý typ zrna 2. 220 / 250 – 260 / 300 – raný hybrid 3. 260 / 300 – 300 / 350 - středně raný hybrid 4. Nad 300 / 350 – pozdní hybrid (typ DENT)

Šlechtění kukuřice Základní pravidla ve šlechtění kukuřice: - Používání nepříbuzných linií rodičů pro tvorbu hybrida - Nutná kontrola kombinační schopnosti (GCA, SCA) – pro jejich hodnocení je nutné min. testování ve 2-3 opakováních na 4 lokalitách po 2 roky

- Důležité selekční kritérium – adaptabilita – vhodnost do chladnějších a sušších oblastí - Využití iziolonií pro tvorbu víceliniových hybridů (izolinie = sesterské linie) - Generace izolinií (I2, I3, I4, I5) – testy kombinančí schopnosti v generaci I3, I4 - Využití hybridního systému: - A) Cytoplazmaticko-jaderná sterilita (málo spolehlivá) - B) Ruční kastrace

Šlechtění kukuřice Stay-green efekt

Šlechtění rostlin 11. 11. 2016

Techniky explantátových kultur

Techniky explantátových kultur Princip – cíl: dosažení regenerace celých rostlin in vitro Totipotence = schopnost somatické rostlinné buňky nést kompletní genetickou informaci pro vývoj celistvé rostliny Explantátovými kulturami ve šlechtění se dosahuje: - Rychlé množení cenného šlechtitelského materiálu - Ozdravení šlechtitelských materiálů od patogenů - Překonání nekřížitelnosti - Změna ploidity vedoucí k tvorbě nové odrůdy - Využití předselekce v in vitrokulturách a tím urychlení a zkvalitnění šlechtění - Získání nových a udržování existujících genotypů s pylovou sterilitou - Homozygotace rostlin při tvorbě odrůd

Techniky explantátových kultur Techniky zachovávající původní genotyp: slouží pro uchovávání rostlin v in vitro kultuře bez genetických změn pro potřeby vegetativního množení.

Meristémové kultury – kultivace izolovaných meristémů, ze kterých se získává celistvá rostlina – ta je identická s tou výchozí Použití: hlavně pro ozdravení materiálu (od virů) – brambor, jetel, vojtěška, ovocné dřeviny..

Techniky explantátových kultur Techniky zachovávající původní genotyp: slouží pro uchovávání rostlin v in vitro kultuře bez genetických změn pro potřeby vegetativního množení. Meristémové kultury – kultivace izolovaných meristémů, ze kterých se získává celistvá rostlina – ta je identická s tou výchozí Použití: hlavně pro ozdravení materiálu (od virů) – brambor, jetel, vojtěška, ovocné dřeviny..


Embryokultury – kultivace embryí v podmínkách in vitro 1.Kultury semenných embryí- pro kultivaci se použijí plně bipolátní struktury rostlin – semen, které obsahují kořenový a stonkový systém 2.Kultury proembryí – kultivují se stádia nezralých embryí přecházející v diferenciaci děloh 3.Tvorba syntetických semen – tzv. Umělá semena – somatická embrya obalená gelem, který embryu poskytuje výživu


Klonování in vitro (mikropropagace) – kultivace celistvých rostlin z jedné rostliny, nebo její části – používá se nejčastěji ke komerčním účelům. Použití: - Množení sterilních rostlin - Množení aneuploidů, nebo rostlin s atypickým počtem chromozomů, kdy hrozí, že se tato kombinace může při generativním množení ztratit - Vegetativní množení mnoha rostlinných druhů

Techniky explantátových kultur Techniky zvyšující genetickou variabilitu – při těchto technikách dochází ke genetickým nestabilitám nazývaným jako somaklonární variabilita Kalusové kultury –lze indukovat kalusovou kulturu k každého druhu pletiv 1.Buněčné (suspenzní) kultury – tvoří diferencované buňky rozptýlené v médiu - Používají se bioreaktory

Techniky explantátových kultur Techniky zvyšující genetickou variabilitu – při těchto technikách dochází ke genetickým nestabilitám nazývaným jako somaklonární variabilita Kalusové kultury –lze indukovat kalusovou kulturu k každého druhu pletiv 2.Indukce haploidů v in vitro kulturách – rychlá metoda získávání homozygotních dihaploidů Androgeneze in vitro – získávání rostlin ze samčí gamety (pylu) - Problémem je malá výtěžnost Kultivace ovulií –vývoj haploidních rostlin z neoplozených vajíček Produkce ze vzdálených křížení – opylení pylem, který byl chemicky ošetřen (příp. ozářen) – použ. se v mezirodové a mezidruhové hybridizaci

Techniky explantátových kultur Techniky zvyšující genetickou variabilitu – při těchto technikách dochází ke genetickým nestabilitám nazývaným jako somaklonární variabilita Kalusové kultury –lze indukovat kalusovou kulturu k každého druhu pletiv 2.Indukce haploidů v in vitro kulturách – rychlá metoda získávání homozygotních dihaploidů

Techniky explantátových kultur 2.Indukce haploidů v in vitro kulturách – rychlá metoda získávání homozygotních dihaploidů

Šlechtění kukuřice - znaky Výnos celkové suché hmoty Výnos celkové zelené hmoty Škrob - obsah škrobu v sušině ELOS - stravitelnost (rozpustnost) OH v pepsin-HCL-celulázovém roztoku (De Boever 1986, 1988) DMS - stravitelnost (rozpustnost) OH v pepsin-celulázovém roztoku, model M4(Andreu a Aufrére, 1996) IVDOM – stravitelnost OH v bachorové šťávě ovce (Tilley&Terry, 1963) NEL - netto energie laktace DINAG - stravitelnost OH po odečtení škrobu a rozpustných cukrů, nepřímo vyjadřuje stravitelnost vlákniny – používá se ve Francii jako doplňkový ukazatel. Odolnost proti poléhání (9-1) Sněť kukuřice Výška rostlin Výška nasazeni palic

Šlechtění kukuřice – další znaky Tyto znaky nejsou sledovány v registračních zkouškách ÚKZÚZ, ale jsou velmi důležité pro pěstitele: - Způsob dozrávání rostliny – rychle dozrávající, rovnoměrně dozrávající, stay-green - Rychlost počátečního vývoje - Tolerance k přísušku - Rychlost dozrávání zrna – rychlost uvolňování vody ze zrna při zrání roslin - Fermentační zkoušky – u bioplynových hybridů

Šlechtění brambor Původ: Jižní Amerika

(Bolívie, Peru), 1000 – 4000 m. n m. (Chile), 0 – 700 m. n m. Je tetraploidní rostlina: 4N = 48 (samosprašná)

U mnohých kulturních odrůd - pylová sterilita = problém pro šlechtění. Ve státní odrůdové knize: 135 odrůd Sledované znaky při registračních zkouškách a SDO: - Výnos hlíz (všech) - Výnos tržních hlíz (40 – 70 mm) - Škrobnatost (rozhoduje o použití brambor) - Odolnost proti chorobám a škůdcům: rakovina brambor, virózy – virus svinutky, virus A, X, Y, M, S (hodnocení ELISA testem), plíseň bramboru - Vegetační doba - Dynamika nárůstu hlíz - Počet hlíz - Klíčení na skládce (skladovatelnost při 3-5 C) - Velikost hlíz - Tvar hlíz - Barva dužiny

Šlechtění brambor Sledované znaky při registračních zkouškách a SDO: - Hladkost slupky - Zbarvení syrových kaší (intenzita enzym. hnědnutí) - Barva hranolků a lupínků - Obsah glykoalkaloidů (solanin, chaconin – max. 200 mg/kg) - Konzistence (varné typy A, B, C) - Moučnatost (varné typy A, B, C) - Vlhkost - Senzorické vlastnosti (chuť) - Tmavnutí vařených hlíz Výnos brambor – souvisí s heterozygotností (ta vzniká kombinačním křížením) Heterozygotnost – uchovává se klonováním

Šlechtění brambor Postup: Generativní křížení výkonných rodičů s předpokladem nepříbuznosti (bobule)

některé odrůdy nekvetou, jsou sterilní apod. V případě problematické křížitelnosti se využívá dihaploidizace - Potomstvo – z pylu (místo 4N je 2N – bez kolchicinace) - Potomstva se nakříží - F1 generace se opět dihaploidizuje na 4N

F1 generace: přesev a získání semen

F2 generace – štěpící (co největší počet semenáčků)

Další generace – klony (K1 – K_n) - důležité: systém hodnocení znaků výnosu, odolnosti a kvality v každé „generaci“ klonů

Postup šlechtění brambor Rok

Generace

Počet kříženců (klonů)

1

Semenáče ve skleníku

180 000

2

A-ramš

80 000

3

B-ramš

25 000

4


8 000

5


2 000

6


400

7


80

8


20

9

6. Klonová generace (státní odrůdové zkoušky, 1. rok)

4

10


3

11


2

Vizuální hodnocení, ELISA testy

Fenotypové hodnocení, ELISA, plíseň, tvar a velikost hlíz

Výnos, tvar, velikost hlíz, ranost, ELISA, plíseň + škrobnatost, stolní hodnota Výnosové zkoušky

Šlechtění brambor Plocha brambor v ČR – 30 – 80 tis. ha (ročníkové výkyvy) Odrůdy: 1) Pro přímý konzum 2) Na výrobu lupínků 3) Na výrobu hranolek 4) Pro výrobu škrobu (hodnotí se jen obsah a výnos škrobu) Rozdělení seznamu doporučených odrůd: - Na přímý konzum - Na výrobu škrobu Sledované parametry: 1) Brambory rané pro přímý konzum - výnos tržních hlíz - Výnos hlíz - Výnos hlíz (40 – 70 mm) - vady hlíz - hniloby hlíz

Šlechtění brambor 2) ostatní pro přímý konzum -výnos tržních hlíz -vady hlíz -hniloby hlíz -aktinomycetová obecná strupovitost Varný typ - dlouhodobé skladování - klíčení hlíz - vhodnost k mytí - hladkost slupky

Choroby - vločkovitost hlíz - zduřelá nekrotická kroužkovitost - stříbřitost slupky - hniloby hlíz Ostatní: pevnost slupky, změna barvy oloupaných hlíz, zelenání slupky, klíčení hlíz

Šlechtění brambor Výnos bramboru souvisí s heterozygotností – uchovává se klonováním (vegetativním množením) Riziko klonování – přenos virových a bakteriálních chorob Postup šlechtění – rekurentní fenotypová selekce Pro šlechtění lze využít cca 150 druhů brambor: 2n = 24 (diploidy), 2n = 48 (tetraploidy), 2n = 72 (hexaploidy) Každý cyklus ale začíná křížením (většinou adaptované odrůdy x zdroje rezistence) – získané semena F1 Získaná semenná generace se dopěstuje ve skleníku

Následné generace se množí vegetativně a selektují v polních a laboratorních podmínkách

Šlechtění trav - U nás pěstované druhy jsou cizosprašné (kromě lipnice luční – apomiktické množení bez oplodnění) - Většina trav je schopna se množit vegetativně řízkováním Metody: - Tvorba syntetických populací - Populace z volného opylení - Lze použít mezidruhové a mezirodové křížence (jako jedny z mála plodin lze použít i krajové genetické zdroje) Znaky na selekci: - Výnos zelené/suché hmoty - Adaptabilita odrůd - Odolnost k chorobám a škůdcům - Rychlost a vytrvalost růstu (pícní trávy pro pastevní využití – dlouhá vegetace, pozvolnější růst, pícní trávy k seči – rychlý růst a nárůst biomasy) - Kvalita píce (stravitelnost – h2 = 0,45), obsah vodorozpustných cukrů, chutnost krmiva (dobrovolný příjem).. - Obsah antinutričních látek (tanin, fytin..)

Šlechtění trav Metody šlechtění: - Výchozí materiál: mezirodoví a mezidruhoví kříženci, polyploidi Metody selekce: top-cross – pro stanovení kombinační schopnosti Testy kvality: - NIRS (na obsah NL, cukrů, vlákniny..) - Testy krmné hodnoty na zvířatech

Šlechtění trav Příklad – jílek (Lolium ssp.) Křížení: - Hromadné – vytváří se panmiktická populace - Dialelní křížení dvou rodičů Další používané metody: - Mutageneze - Polyploidie 1.Hodnocení výchozích rostlin v trsech (trávy – trsnaté – jílky, trojštět, srha), trávy výběžkaté (psárka, lipnice) - Fenotypové hodnocení, ranost..

2.Tvorba syntetických populací rodičů (Syn-1 až Syn…, obvykle 4-8 SYN rodičů) - Důležitá je zkouška kombinační schopnosti (polycross)

3.Množení SYN populací ve směsi, panmixie

Šlechtění rostlin Šlechtění jednotlivých kulturních plodin

Recommend Documents